新增制造的Ti-6Al-4V格子结构的压缩行为:实验和数值研究
Mohammed Hussein Kadhim Aljaberi1, Mohammad M Aghdam1, Taha Goudarzi1
1Department of Mechanical Engineering, Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic), Hafez Ave., Tehran 15916-34311, Iran.
Materials (Basel, Switzerland)
|August 10, 2024
概括
新型增材制造的格子结构,包括螺旋式,圆式和金字塔式设计,显示出适用于骨应用的机械性能. 这些Ti-6Al-4V网格提供低弹性模块和高产强度,可能减少生物灵感植入物的应力屏蔽.
科学领域:
- 生物材料工程 生物材料工程
- 增材制造 增材制造 增材制造
- 机械工程 机械工程
背景情况:
- 增材制造使生物医学应用的复杂格子结构成为可能.
- 现有的格子设计可能无法完全复制骨组织的机械特性.
- 功能分级材料为特定应用提供了量身定制的性能.
研究的目的:
- 使用Ti-6Al-4V.设计和制造新的增材制造格子结构 (螺旋,圆,金字塔).
- 开发金字塔和圆格子结构的功能分级版本.
- 评估这些格子结构的机械行为,以潜在的骨植入物应用.
主要方法:
- 设计了新的格子配置 (螺旋,圆,金字塔).
- 功能分级的密度被纳入了金字塔和圆的设计.
- Ti-6Al-4V粉末被用于通过选择性激光化进行增材制造.
- 压缩试验和有限元分析用于机械表征.
主要成果:
- 圆形和功能分级圆形格子表现出0.76 GPa和0.67 GPa的弹性模量,分别为41.32 MPa和32.24 MPa的屈服强度.
- 金字塔,功能分级金字塔和螺旋格子显示出更低的弹性模块 (0.57,0.65,0.41 GPa) 和更高的收益强度 (54.1,52.15,61.02 MPa).
- 所有格子结构都表现出低弹性模块与高产强度相结合,可与骨特性相比较.
结论:
- 开发的增材制造格子结构具有适合承载负载的生物灵感应用的机械性能.
- 圆形和基于金字塔的网格显示出分别对状和皮质骨应用的潜力.
- 低弹性模量和高收益强度的组合可能会减轻骨科植入物中的应力屏蔽.
